锂离子电池固态电解质的研究进展

和传统电解液相比,固态电解质热稳定性好,电位窗高,力学性能好且对环境友好;更重要地,由固态电解质组成的锂离子电池能量密度比传统锂离子电池更高,因而成为当前研究的热点。综述了几种主要固态电解质,包括无机固体电解质、固态聚合物电解质、凝胶电解质及复合型电解质的优势、研究进展以及面临的问题,并展望了未来固态电解质的发展趋势。     

聚碳酸酯基固态聚合物电解质的研究进展

液态锂离子电池由于采用易泄露、易挥发、易燃烧的碳酸酯有机溶剂,在高温或极端条件下使用时,存在极大的安全隐患.使用固态电解质替代液态电解液,可以从根本上避免此类安全问题的发生,与此同时还可以大幅度提升固态锂电池的能量密度.固态电解质又分为无机固态电解质和聚合物固态电解质2大类.无机固态电解质能够在宽的温度范围内保持化学稳定性,并且电化学窗口较宽,机械强度更高,室温离子电导率较高,但脆性较大,柔韧性差,制备工艺复杂,成本较高.聚合物固态电解质,室温离子电导率偏低,难以满足室温锂离子电池的应用,但其加工成型容易,形状可变.比较而言,固态聚合物电解质,更适宜大规模生产,离产业化相对更近.固态聚合物电解质中研究较多的是聚醚基固态聚合物电解质(如聚环氧乙烷和聚环氧丙烷),但其缺点是室温离子电导率低,需要对其改性或进一步开发综合性能更加优异的其他固态聚合物电解质.聚碳酸酯基固态聚合物电解质由于其特殊的分子结构(含有强极性碳酸酯基团)以及高介电常数,可以有效减弱阴阳离子间的相互作用,提高载流子数量,从而提高离子电导率,因此被认为是一类非常有前途的固态聚合物电解质体系.基于此,本文重点综述了最近研究热点的聚碳酸酯基固态聚合物电解质,包括聚(三亚甲基碳酸酯)体系、聚(碳酸丙烯酯)体系、聚(碳酸乙烯酯)体系和聚(碳酸亚乙烯酯)体系等,并详细阐述了上述每种聚碳酸酯基固态聚合物电解质的制备、电化学性能、优缺点及改性手段,归纳出其离子配位-解配位过程和离子扩散机制,还对聚碳酸酯基固态聚合物电解质的未来发展方向和研究趋势望进行了预测和展望.     

固态单离子聚合物电解质的研究进展

综述了用于锂金属聚合物电池中固态单离子聚合物电解质的研究进展，从均聚、共聚、共混、杂原子链及单阴离子型聚合物电解质等方面对不同体系的组成与性质进行了概述，并对该类电解质的发展趋势进行了分析。     

固态聚合物电解质的锂离子传导机理与研究进展

锂离子电池(lithiumionbatteries,LIBs)在储能领域已取得了巨大的成功.然而,商用LIBs含有高挥发性易燃有机电解液,使其存在严重的安全隐患.固态聚合物电解质具有解决相应安全性问题的潜力,有望成为下一代高安全性全固态LIBs的电解质材料.然而,固态聚合物电解质存在离子电导率不高等问题,限制了其在固态LIBs中的实际应用.研究者们为了提高该类电解质的离子电导率、锂离子迁移数等综合电化学性能,已在寻找新锂盐、对聚合物进行改性以及向聚合物电解质中添加填料等方面进行了较多的研究.本文简要概述了固态聚合物电解质的锂离子传导机理以及在提高固态聚合物电解质综合电化学性能方面的研究进展.     

锂电池用固态电解质研究进展

固态锂电池因展现出高的安全性、高的能量密度和长循环寿命而成为备受期待的能量存贮装置。作为固态锂电池的重要组成部分,固态电解质的发展仍然制约着固态锂电池的商业化进程。目前,固态电解质仍然面临室温离子电导率较低,电解质与电极之间界面较差等问题。本文综述了近两年来性质较为优越的固态锂电池电解质的研究状况,包括固态聚合物电解质、无机氧化物电解质以及无机硫化物电解质。归纳了这些性能优良的固态电解质的主要特点,以此提出未来固态电解质可能的发展方向。     

锂离子聚合物常温固体电解质的研究进展

综述了锂离子电池聚合物常温固体电解质的最新研究进展。主要关注的是电化学性能,尤其是室温下的离子电导率。对性能较好的聚合物固体电解质体系进行了概述。     

铝离子聚合物固态电解质

铝离子电池因其材料成本低、大倍率性能优异和循环寿命超长等优势,而被认为在大规模静态储能应用中具有广阔前景.目前的铝离子电池大部分采用离子液体、尿素和熔融盐等液态电解液,其在实际工程化应用当中存在电解液渗漏的风险.相对而言,全固态电池则可以避免电解液渗漏的问题,还具有因去除隔膜和简化封装所带来的电池整体能量密度提升的优点.但是,目前领域内少有关于全固态铝离子电池的研究.基于此,采用溶液浇筑法,以冠醚作为添加剂和配位基团、以聚乙二醇（PEO）作为基底,制备出无定型结构的聚合物固态铝离子电解质.其中,冠醚不仅作为配位基团与铝离子进行配位提高铝离子的稳定性,而且作为相容性高的添加剂降低聚合物结晶度,从而提高固态电解质的离子电导率.测试表明,制备出的18-6/PEO/Al（CF₃SO₃）₃体系聚合物固态铝离子电解质是非晶态为主的晶态与非晶态共存的薄膜,且具备很高的离子电导率（室温,5.5×10^-6 S/cm;100℃高温,1.86×10^-3 S/cm）和较宽的电化学稳定窗口（0~3 V）,这为全固态铝离子电池的研发奠定了基础.     

锂离子电池用聚合物/无机复合固态电解质研究进展

全固态锂离子电池由于具有安全性高、能量密度高等优势,已成为未来锂离子电池发展的必经之路.作为全固态锂离子电池的核心部件,聚合物/无机复合固态电解质同时拥有无机固态电解质和固态聚合物电解质的许多优异性能,但其也面临着诸多挑战,包括室温离子电导率低于10-3S/cm和界面阻抗大等.本文综述了聚合物/无机复合固态电解质的聚合...     

无机固态锂离子电解质的研究进展

全固态锂离子二次电池具有更大能量密度和更高的安全使用性能,在未来的电动汽车和蓄能电站上有很好的应用前景。本文介绍了无机固态锂离子电解质的研究进展,分类讨论了Perovskite型、NASICON型、LISICON型、LiPON型、Li3 PO4-Li4 SiO4型、GARNET型无机固态锂离子电解质的性能、结构和导电机理及其在锂离子二次电池中的应用。     

锂离子电池凝胶聚合物电解质研究进展

使用聚合物电解质可以避免传统液态锂离子电池的漏液问题,提高电池的安全性能和能量密度,并可实现电池的薄型化、轻便化和形状可变等优点.目前,聚合物电解质的研究集中在凝胶型的复合和多孔聚合物电解质两大类.本文对各类凝胶聚合物电解质的特点、功能及研究情况逐一进行了介绍,对凝胶聚合物电解质的发展趋势进行了展望.     

锂硫银锗矿固态电解质研究进展

全固态电池因其较高的安全性和能量密度而成为下一代电动汽车和智能电网用储能器件的重点研究方向之一。开发具有高室温锂离子电导率、化学/电化学稳定性优异、对电极材料兼容性优异等特点的固态电解质材料是推动全固态电池发展的重要研究课题之一。硫化物电解质因其相对较高的室温电导率(~10⁻³ S∙cm⁻¹)、较低的电解质/电极固-固界面阻抗等优点而在众多无机固体电解质材料中成为研究热点。本文基于作者多年研究成果和当前国内外发表的相关工作,从电解质的结构、离子传导、合成、综合性能改善及在全固态电池中的应用等方面系统总结了锂硫银锗矿固态电解质材料研究,并分析了该类电解质面临的问题和挑战,最后探讨了其未来可能的研究方向和发展趋势。     

锂单离子导电固态聚合物电解质

锂单离子导电固态聚合物电解质是一类锂离子迁移数接近1的锂离子导体,可以有效避免阴离子移动产生浓差极化,从而提高锂电池的容量以及循环性能,成为近年来固态聚合物电解质的研究热点。本文综述了锂单离子导电固态聚合物电解质的研究进展,重点关注了电导率和锂离子迁移数较高的体系,并简要评述了锂单离子导电固态聚合物电解质所面临的挑战以及发展前景。     

锂电池用无机固态电解质

液态锂离子电池存在易燃易爆、易短路等致命的安全问题,同时也存在续航里程焦虑等技术问题,开发安全性能好、能量密度高的锂离子电池是行业发展的迫切需求。与传统液态锂离子电池相比,全固态电池具有使用安全、理论比容量高等优点,所以得到了广泛的研究,被誉为下一代电池主流技术。其中,无机固态电解质在全固态电池中扮演着重要的角色,国内外的科研人员对此进行了大量的研究工作。本文介绍了不同类型无机固态电解质的最新进展,其中包括氧化物固态电解质、硫化物固态电解质和卤化物固态电解质;并对无机固态电解质的界面问题、晶体结构、制备方法以及掺杂改性等方面的研究进行了阐述。最后,对近几年来无机固态电解质还有待解决的问题进行了讨论,同时对其未来的研究方向作出了展望。     

聚丙烯腈基聚合物电解质

详细介绍了锂离子电池用PAN（聚丙烯腈）基聚合物电解质的发展过程和制备方法，提出了PAN基凝胶型聚合物电解质所存在的主要问题，介绍了采用共聚和掺杂陶瓷材料对PAN的改性方法，并对聚合物电解质的离子传输机理作了初步探讨。     

聚合物固体电解质研究进展

本文概述近十几年来聚合物固体电解质材料开发研究的状况,包括线型高分子、为改进性能而发展起来的枝型、梳型及交联型高分子,并对高分子与金属盐络合的离子聚合物结构和性能作了描述。阐述了高分子固体电解质的导电行为、导电模型及导电机理。对聚合物固体电解质的各种应用作了介绍并简要讨论了高分子固体电解质的发展趋向及前景。     

锂离子电池用聚合物固体电解质的新进展

综述了锂离子电池用聚合物固体电解质方面的进展。     

固态电解质中锂离子传输机理研究进展

Inorganic crystalline solid electrolytes exhibit excep tional room-temperature ionic conductivities, giving them the potential to enable all-solid-state lithium (Li) - ion batteries. Developing new high-performance electrolytes is one of the most critical challenges to realize solid-state batteries, which requires understanding how chemistry facilitates fast ionic conduction and what the Li-ion migration mechanism is in in organic solid electrolytes. In this review, we aim to summarize recent fundamental research progress in Li-ion transport, including crystal structure, behavior of ion migration (i.e., single-ion jump and multi-ions cooperative migration), and the relationship between ion migration and microstructure. Generally, ion transport in crystalline structure can be categorized into vacancy and non-vacancy mechanism. For Li-ion conduction, the migration can be achieved through single-ion hopping and collective diffusion mechanism. For single-ion hopping mechanism, the diffusivity is determined by the depth of potential well (activation energy) and lattice dynamics;whereas in the later mechanism Li-ion moving from high potential to low potential could partially offset the energy required for Li-ion moving from low potential to high potential. By studying the collective diffusion from the perspective of local structures, it is believed that collective diffusion in fast ion conductor originates from the local 野dual Li-S/O冶 structure units, which can be characterized by the 野nearest Li-Li distance冶. Next, the paradigm of ion transport in solids is summarized. It is pointed out that most ion conductors follow Meyer-Neldel rule, where the activation energy and pre-exponential factor are mutual compensating. As a result, a balance should be adapted between these two values to achieve high Li-ion conductivity. However, for some fast ion conductors, the relationship does not follow the Meyer-Neldel rule (i.e., anti-Meyer-Neldel rule). Therefore, the physical significance of anti-Meyer-Neldel rule should be understood to develop next-generation lithium ion conductors. In the end, future perspectives and open questions are proposed to design and develop high-performance inorganic solid electrolytes. © 2021 Chinese Chemical Society. All rights reserved.     

高陶瓷含量复合固态电解质

全固态锂二次电池兼具高能量密度和高安全性特点.高陶瓷含量的陶瓷-聚合物复合固态电解质综合了聚合物电解质的柔韧性和陶瓷电解质的高机械强度与高锂离子迁移数等优点,有望优先其他形式固态电解质应用于全固态锂二次电池.本文在简要介绍固态复合电解质后,重点从复合电解质膜的性能特点与制备方法、陶瓷-聚合物界面相互作用以及由此导致的新...     

氰基功能化聚乙烯亚胺交联固态聚合物电解质的制备及理化性能

固态聚合物电解质可避免传统电解液易燃易爆等安全隐患,极大提高锂离子电池的安全性.本文通过支化聚乙烯亚胺和丙烯腈之间的迈克尔加成反应,合成了一系列具有不同氰基数的N-氰基乙基化聚乙烯亚胺(CN-PEI),通过核磁氢谱及碳氢核磁二维谱二维核磁共振和红外对CN-PEI的化学结构进行了表征.聚合物CN-PEI中引入双(三氟甲磺...     

固态电解质锂离子输运机制研究进展

全球环境问题推动了可充电锂电池技术的飞速发展.与液态电解液相比,固态电解质不易燃,构筑所得固态电池的安全性能得以提升.如果能够理解固态电解质中的离子输运行为,就能精准调控固态电池锂的动力学稳定性和倍率性能.随着计算机技术的快速发展,原子尺度模拟技术成为理解材料离子输运的重要手段.针对以上问题,本综合评述首先汇总了固体材料中的常见扩散机制;然后介绍了固态电解质中的锂离子输运机制,着重讨论了影响固态电解质锂离子输运的重要因素(晶体结构、电子结构、外部因素及晶界);最后对固态电解质锂离子输运机制研究进行了总结与展望.